[發(fā)明專利]一種IPMC材料的電極制備裝置及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112388900A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙躍鵬;王帆;稅鴻棋;蔣嘉航
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: B29C45/14
• 分類號: B29C45/14;B29C45/26;B29C37/00;B29C45/40;H01L41/29
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 王之懷;王洪新

本發(fā)明涉及一種電極的制備裝置和制備方法。目的是提出一種用于IPMC材料的電極制備裝置及其方法；該裝置與方法可大大簡化IPMC材料的電極制備過程，并使得具有親水性質(zhì)的基體交換膜不被溶解在電極里面也可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電極的附加，更好地實(shí)現(xiàn)了IPMC材料的制備。技術(shù)方案是：一種IPMC材料的電極制備裝置，包括：一個(gè)根據(jù)IPMC材料尺寸設(shè)置的模具，所述模具頂部設(shè)置有若干個(gè)長方體凹槽，凹槽長度方向的一側(cè)貫通模具，凹槽長度方向的另一側(cè)封閉；所述模具中，每個(gè)凹槽貫通模具的一側(cè)下方對應(yīng)設(shè)置有一個(gè)插孔，插孔的軸線與凹槽的長度方向平行；該電極制備裝置還包括與插孔數(shù)量相同的密封插件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極的制備裝置和制備方法，尤其涉及一種IPMC材料的兩側(cè)電極的制備裝置及其制備方法。

背景技術(shù)

離子型聚合物金屬復(fù)合材料(Ionic polymer-metal composites,IPMC)是電活性聚合物材料(EAP)的典型代表，相比于壓電陶瓷和形狀記憶合金等軟材料具有驅(qū)動(dòng)電壓低、響應(yīng)時(shí)間短、綠色節(jié)能、大變形等驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)，目前多用于人工肌肉、仿生學(xué)等領(lǐng)域。

IPMC材料由一片制備的基體交換膜和附著在其兩側(cè)的電極組成，形成一種類似于“三明治”的結(jié)構(gòu)。當(dāng)在IPMC上下表面施加電壓后，上下表面會(huì)形成電場，在靜電力的作用下，可移動(dòng)離子將發(fā)生定向遷移。可移動(dòng)陰離子不能發(fā)生遷移，而可移動(dòng)陽離子會(huì)遷移到陰極側(cè)，并對溶劑分子產(chǎn)生拖拽作用，溶劑分子也隨可移動(dòng)陽離子一起遷移到陰極側(cè)，導(dǎo)致沿厚度方向離子濃度和溶劑分子壓力梯度分布不均。在其作用下，IPMC材料壓力梯度高的一側(cè)發(fā)生膨脹，另一側(cè)收縮，從而導(dǎo)致材料的整體變形。

IPMC材料的傳統(tǒng)制備工藝需要將Nafion膜與貴金屬鹽溶液一起放在容器中進(jìn)行離子交換，然后取出與反應(yīng)液進(jìn)行相關(guān)化學(xué)反應(yīng)形成電極。此過程需要反復(fù)進(jìn)行，耗費(fèi)時(shí)間較多。另有一種以IPMC材料的陣列式制備工藝，采用膠帶作為掩膜版，把不需要鍍電極的地方用膠帶遮蓋住，在反復(fù)進(jìn)行此過程的同時(shí)，Nafion膜將會(huì)發(fā)生收縮和溶脹，導(dǎo)致膠帶脫落，制備耗時(shí)且效果較差。此外，由于部分IPMC材料的基體交換膜具有親水性質(zhì)，在進(jìn)行附加電極的時(shí)候，極大可能會(huì)直接溶解在電極溶液里面，導(dǎo)致IPMC材料制備失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提出一種用于IPMC材料的電極制備裝置及其方法；該裝置與方法可大大簡化IPMC材料的電極制備過程，并使得具有親水性質(zhì)的基體交換膜不被溶解在電極里面也可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電極的附加，更好地實(shí)現(xiàn)了IPMC材料的制備。

本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：

一種IPMC材料的電極制備裝置，包括：

一個(gè)根據(jù)IPMC材料尺寸設(shè)置的模具，所述模具頂部設(shè)置有若干個(gè)長方體凹槽，凹槽長度方向的一側(cè)貫通模具，凹槽長度方向的另一側(cè)封閉；

所述模具中，每個(gè)凹槽貫通模具的一側(cè)下方對應(yīng)設(shè)置有一個(gè)插孔，插孔的軸線與凹槽的長度方向平行；

該電極制備裝置還包括與插孔數(shù)量相同的密封插件，每個(gè)密封插件都由一個(gè)可與插孔插接匹配的圓柱體和一個(gè)可與凹槽橫截面相匹配的長方體連接而成；所述的長方體可在圓柱體與插孔的插接配合的同時(shí)封堵住凹槽的橫截面，從而形成模具裝置的一側(cè)密封。

進(jìn)一步的，圓柱體軸線的水平面投影，與凹槽軸線的水平面投影共線。

進(jìn)一步的，所述密封插件上的圓柱體與所述插孔插接配合時(shí)，所述長方體的頂面與模具的頂面共面，所述長方體的底面與模具的底面共面。

進(jìn)一步的，所述模具為矩形體，所述凹槽長度方向的一側(cè)貫通模具的同時(shí)，又在該側(cè)貫通模具的厚度方向；所述密封插件上的圓柱體與所述插孔插接配合時(shí)，密封插件上的長方體的背向圓柱體的一側(cè)平面，與模具同一側(cè)平面相平齊。

一種基于上述制備裝置的IPMC材料的電極制備方法，包括以下步驟：